[发明专利]基于TMS320C6713的船舶航向模糊PID融合控制器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶航向自动控制装置，特别涉及一种基于DSP的船舶航向控制装置。本发明也涉及一种船舶航向自动控制方法。

背景技术

船舶航向控制技术作为船舶自动控制领域的重要组成部分，其研究与应用在近几十年来取得了长足进步。其中采用PID控制算法的自动舵系统，因其设计简单、可靠性强等特点而得到了较为广泛的应用。但由于船舶运动模型的设计过程中存在不可避免的误差与偏差。这不仅影响了PID参数的设计与确定，也降低了其控制精度。目前，采用模糊控制算法的新型控制舵系统能较为有效地实现非线性运动状态下的船舶航向控制。然而由于常用的模糊控制算法存在不可消除的偏差且控制规则有限，使得其在实际应用过程中存在一定缺陷。模糊-PID算法作为一种改良型的智能控制算法，其机理是通过模糊规则优化PID参数，此法在一定程度上弥补了传统模糊算法及传统PID算法的不足，但其本身的参数选取与设计准确性难以保证。

目前比较常见的船舶航向控制系统主要由上位机、航向控制器、舵伺服系统等部分组成。其中上位机作为数据参数的发送端，主要实现航向控制值的设定及当前船舶所受扰动量的输入；航向控制器则在结合相关数据的基础上经过智能算法运算实现控制舵角值的输出；最后由舵伺服系统实现舵机控制及当前舵角反馈，以此实现船舶航向智能控制。故其硬件核心为数据处理模块和数据传输模块。由于航行船舶受到风、浪、流干扰而时刻处于不稳定状态，故须在航行过程中进行航向适当的校正与调节。同时传统的航向控制器因其运算速度慢、数据传输方式单一等缺点，使得控制算法的应用受到了一定限制，同时也在一定程度上影响了航向控制效果。

因此选择适合的控制算法并对相关数据进行实时采集及快速运算成为设计船舶航向控制器所应着重考虑的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、可靠性好、结构简单的基于TMS320C6713的船舶航向模糊PID融合控制器。本发明的目的还在于提供一种船舶航向控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的基于TMS320C6713的船舶航向模糊PID融合控制器的组成包括：以TMS320C6713U3为核心数据处理器，以TPS75733U1为为核心数据处理器提供3.3V工作电压，以TPS54310U2为为核心数据处理器提供1.4V工作电压，以MAX706最为复位电路，为核心数据处理器以SST39VF1601 U7 FLASH存储器进行数据存储，TL16C752B U9的数据线与TMS320C6713 U3直连、地址线通过SN74F32 U18选取，TL16C752B U9通过两片MAX3160 U10、U11实现双串口通信。

本发明的船舶航向控制方法为：

步骤1.系统初始化，通过自举程序调用存储于FLASH中的程序；

步骤2.通过与第一MAX3160芯片U10间通信，对上位机航向偏差值Δψ进行采集；

步骤3.根据当前航向偏差Δψ，进行船舶航向PID控制运算求得航向PID控制输出舵角δ_α；

步骤4.根据当前航向偏差Δψ及其变化率进行船舶航向模糊控制运算求得航向模糊控制输出舵角δ_β；

步骤5.伸缩因子求取，根据各控制分量输出舵角值δ_α及δ_β，依照公式：α＝1-exp(-|δ_α|/|δ_α|+|δ_β|)、β＝1-exp(-|δ_β|/|δ_α|+|δ_β|)求取α、β；

步骤6.计算输出控制舵角，采用融合算法输出的控制舵角值为δ＝α×δ_α+β×δ_β；

步骤7.控制舵伺服系统，将舵角指令通过第二MAX3160芯片（U11）发送至所伺服系统实现船舶舵控制；

步骤8，通过与第二MAX3160芯片U11间通信，对舵伺服系统当前舵角值进行采集，并判断，若舵角值存在问题转至步骤9，无问题转至步骤2，准备再次采样；

步骤9，通过与第一MAX3160芯片U10间通信，将故障报告发至上位机。